Проблема беспрепятственной эвакуации людей из зданий, пути ее решения и оценки

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

Д-р техн. наук, профессор, академик и почетный член РАЕН

В. В. Холщевников

УДК 614.841.33

ПРОБЛЕМА БЕСПРЕПЯТСТВЕННОЙ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ

ИЗ ЗДАНИЙ, ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ И ОЦЕНКИ

Предлагается ряд новых подходов к оценке вероятности обеспечения безопасности людей при эвакуации.

Выведенные формулы и соотношения позволяют, в частности, дать оценку вероятности обеспечения безопас- ности людей на каждом участке эвакуационного пути.

К    ритерии безопасности людей при эвакуации
из зданий и сооружений в чрезвычайных ситу-
ациях, в частности при пожаре, были сформулиро-
tнб — время, необходимое (допустимое) для эва-
куации людей до достижения на участках эваку-
ации опасными факторами уровней, угрожа-
ваны [1] в результате работ, выполненных сотруд-                     ющих здоровью и жизни людей, мин;
никами института архитектуры Всероссийской                           Di — плотность людского потока на любом (i-м)
академии художеств [2], кафедры архитектуры                          участке его эвакуации;
гражданских и промышленных зданий МГСУ                               Dпр — предельно допустимая плотность люд-
(МИСИ) [3, 4], Центрального научно-исследова-                        ского потока, исключающая возможность обра-
тельского института противопожарной обороны                          зования их скоплений, в которых взаимное дав-
МВД СССР [5]. В нормировании они были впервые                        ление людей друг на друга может привести к
использованы при выполнении МИСИ контракта с                         физическому травматизму и удушью (компрес-
ЮНЕСКО [6]. До 1980 года явно выраженные кри-                        сионная асфиксия), к возникновению паники;
терии безопасности людей при пожаре в отечест-                       qi и qi – 1 — интенсивность движения людского
венном нормировании отсутствовали [7]. В систе-                      потока на смежных (предшествующем (i – 1) и
му строительного и противопожарного нормирова-                       рассматриваемом (i )) участках эвакуационного
ния страны эти критерии введены СНиП II-2–80 [8].                    пути, чел./(мЧмин), т. е. количество людей, про-
Критерии обеспечения безопасности были вы-                        ходящих каждую минуту через поперечное се-
ражены аналитически согласно [1, с. 206]:                            чение пути;
своевременность                                                      bi и bi – 1 — ширина смежных участков пути, м.
tэв = Sti Ј tнб ,                (1)         Вполне очевидно, что выполнение соотноше-
ния (3) требует, чтобы величина людского потока
беспрепятственность                                              (Pi – 1 = qi – 1 bi – 1), направляющегося к границе уча-
стка i, не превосходила его пропускной способно-
Di Ј Dпр ,                     (2)     сти (Qi = qmax bi ), что и является условием недопу-
щения скопления людей перед ним.
или в эквивалентной форме                                            В приложении 1 СНиП II-2–80, заимствованном
затем приложением 2 ГОСТ 12.1.004–91 [9], записа-
q i - 1b i - 1                          но, что при невозможности выполнения условия (3)
qi =                   Ј q max ,        (3)
bi                                 интенсивность и скорость движения потока по уча-
стку i определяются при максимальном значении
где tэв — время эвакуации людей с момента ее нача-               плотности Dmax. Это было сделано специально для
ла до момента выхода людей в зону безопасно-                 тех случаев, когда по объективным обстоятельст-
сти вне здания, мин;                                         вам, например уже в существующих зданиях, не-

30 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 1

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

возможно изменить размеры коммуникационных Лестница Этаж 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D, чел./м2 путей до требуемых для беспрепятственной эвакуа- ции людей и для учета негативных последствий та- ких решений. В этих случаях не только образуется скопление людей, но и время их эвакуации значи- тельно возрастает. Например, согласно данным таб- лицы зависимостей между параметрами людских потоков, приведенной и в СНиП II-2–80 (табл. 4), и в ГОСТ 12.1.004–91 (табл. 2), скорость движения по горизонтальным путям при qmax = 16,5 м/мин, соответствующей D = 0,5, составляет 33 м/мин, а при Dmax — 13,5 м/мин; значение интенсивности движения через проем при D = 0,5 составляет

19,6 м/мин, при Dmax = 0,92 — q0,92 = 8,5 м/мин, а при ширине проема менее 1,6 м и того меньше: при ширине проема 0,9 м q = 5,875 м/мин.

В СНиП 21-01–97* эти аналитически выражен-

ные критерии безопасности заменены словесным требованием обеспечить “своевременную и бес- препятственную эвакуацию людей” [10, п. 6.1]. По- скольку содержание терминов “своевременная”,

“беспрепятственная” не раскрыто, то допускается их произвольное толкование. Оно обнаруживается

РИС. 1а. Распределение плотности людского потока D в СНиП по проектированию общественных зданий на участках лестницы шириной 1,2 м через 1,5 мин после и сооружений [11]. Пункт 1.115 этих норм отменяет начала эвакуации с каждого этажа по 100 чел. со скоро- необходимость определения tнб , а с ним и tэв , при стью свободного движения 60 м/мин эвакуации людей по незадымляемой лестничной клетке. Но давно известно [3, 12, 13], что несоблю- дение критериев (1)–(3), допущение одновремен- Лестница Этаж 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D, чел./м2 ной, неорганизованной эвакуации из высотных зда- ний равнозначны рукотворному созданию для лю- дей катастрофы

Как было показано [14], при одновременной эвакуации людей со всех этажей высотного здания в его незадымляемых лестничных клетках через не- сколько минут образуются на уровне выходов с эта- жей людские потоки с максимальной плотностью

(рис. 1а, 1б ). Такая плотность потока постепенно распространяется на всю лестницу. При этом часть людей долго не может выйти с этажей на лестнич- ную клетку, а на выходе из нее постоянно на про- тяжении практически всего времени эвакуации поддерживается предельная плотность потока

(свыше 5 до 9 чел./м2). Естественно, что при таких плотностях скорость движения людей становится минимальной и эвакуация растягивается на часы.

Но страшнее другое. Давление людей друг на друга в образовавшейся толпе так велико, что ограждения из стальных труб диаметром 50 мм прогибаются и сдавливание тела приводит к компрессионной ас- фиксии. Такие случаи известны не только медикам.

Гибель людей в переуплотненной толпе при похо- РИС. 1б. Максимальная плотность людского потока D ронах И. В. Сталина описана, например, в произве- на участках лестницы шириной 1,2 м в течение всего вре- мени эвакуации с каждого этажа по 100 чел. со скоростью дениях П. Проскурина и Е. Евтушенко. Подобное свободного движения 60 м/мин происходит и в наши дни: по заключению медицин-

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 1

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

S ской экспертизы 19 молодых женщин погибли в ре- зультате компрессионной асфиксии во время из- S12 C вестной демонстрации в г. Тбилиси. S11

S10

Имеется несколько проектных и организацион- S9 ных возможностей предотвращения возникнове-

S8 ния подобных ситуаций при эвакуации из высот-

S7 A D ных зданий:

S6 l значительное увеличение количества лестнич-

S5 ных клеток;

l поэтапная эвакуация; S4

S3 l использование лифтов для эвакуации людей во S2

B время чрезвычайных ситуаций, в том числе при S1

пожаре.

Конечно, идеальным решением было бы созда- ние условий, позволяющих вообще не проводить 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 tэв эвакуацию людей. Но пока это только мечта. Сегод- ня необходимо оценивать реальные возможности. РИС. 2. Область возможных решений: время эвакуации tэв — технико-экономические затраты S (потери); АВ —

Требование увеличить количество лестничных линия минимальных технико-экономических затрат и по- клеток может быть высказано в нормах прямо или терь при достижении требуемых значений времени эва- косвенно, например через установление весьма ма- куации людей из высотных зданий; CD — линия макси- лых, как правило не аргументированных, допусти- мальных технико-экономических затрат и потерь при нерациональных способах достижения требуемых значе- мых расстояний от выходов из помещений до входа ний времени эвакуации в лестничную клетку. За примером далеко ходить не нужно: “Расстояние от дверей любого помещения до эвакуационной лестницы должно быть не более лость уже через 5 мин спуска по лестнице, а при

20 м” (п. 3.32 Проекта МГСН “Многофункциональ- спуске приблизительно с 18-го этажа “страдают от ные высотные здания и комплексы”). Но в любом усталости”. Во-вторых, потому, что это будет очень случае необходимо обоснование требуемого коли- дорогостоящее решение, ставящее под сомнение чества лестничных клеток. А чем обосновать?

технико-экономическую целесообразность строи-

Ссылками на то, что американские специалисты в тельства высотного здания. На диаграмме (рис. 2) результате анализа последствий катастрофы 11 сен-

“стоимость коммуникационных путей (и связан- тября 2000 г. пришли к выводу о недостаточном ко- ных с ними планировочных решений здания) — личестве лестниц в зданиях Всемирного торгового время эвакуации” такое решение соответствует центра? Это не аргумент: они сами не знают, сколь- кривой CD максимальной стоимости [13].

ко их нужно. А специалисты ведущих европейских стран только недавно создали специальную комис- Гораздо более целесообразное решение дает ор- сию, чтобы разобраться в причинах образования ганизация поэтапной эвакуации. Впервые она была скоплений людей. предложена [12] в 1969 г., декларировалась в не-

Критерием для определения необходимого ко- скольких редакциях норм по противопожарной без- личества лестничных клеток в высотном здании опасности при разработке систем оповещения и могло бы быть недопущение в них потоков с плот- управления эвакуацией (СОУЭ), но необходимая ностью более 4 чел./м2 при одновременной эвакуа- для нее очень четкая и вариабельная организация ции людей со всех этажей. Такие ситуации опреде- осталась непроработанной, вроде “могут быть ис- ляются моделированием движения людских пото- пользованы расчетные сценарии” [10, п. 4.5]. Но спе- ков. Только не следует пользоваться для этого циалисты, применявшие поэтапную эвакуацию, моделями американских фирм (например, знамени- восхищаются ее эффективностью [18]. Организа- той SOM), поскольку они используют гидроанало- ция поэтапной эвакуации позволяет обеспечить гии, закономерности которых противоречат уста- беспрепятственное движение людских потоков без новленным кинематическим [1] и психофизиологи- оказания значительного влияния на стоимость объ- ческим [15] закономерностям людских потоков. емно-планировочных решений высотных зданий.

Однако полученные решения требуют внима- Однако остаются проблемы высокой физиче- тельной оценки. Во-первых, потому, что длитель- ской и психологической утомляемости людей при ное движение даже по лестнице вниз вызывает у пешеходной эвакуации их и ее продолжительности.

людей сильное утомление. По данным зарубежных Как и 35 лет назад [12, 13], остается рекомендовать исследователей [16, 17], люди испытывают уста- в качестве наиболее рационального решения проб-

32 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 1

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

лем эвакуации людей из высотных зданий органи-        жара (ОФП) на людей впервые введена, как извест-
зацию их поэтапной эвакуации с использованием         но, ГОСТ 12.1.004–91. Это — его несомненное до-
лифтов. По данным зарубежных исследований, зна-       стоинство. Однако предлагаемый в нем “Метод
чительная, а зачастую и бульшая часть людей успе-     определения уровня обеспечения безопасности лю-
вает эвакуироваться из многоэтажных зданий при        дей” (приложение 2, обязательное) не учитывает
помощи лифтов до их отключения. За прошедшие          требований беспрепятственности эвакуации и ве-
35 лет возросла надежность лифтовых установок и,      роятности значений скорости потоков эвакуиру-
главное, многократно увеличилась их противопо-        ющихся людей с учетом их возраста и физического
жарная защита. Сегодня уже сами пожарные требу-       состояния в зданиях различных классов функцио-
ют установки противопожарных лифтов для до-           нальной пожарной опасности [10, п. 5.21].
ставки своих подразделений к этажу пожара.                Поскольку безопасность эвакуации людей обес-
Однако они до сих пор, “заботясь” о безопасности      печивается только при ее беспрепятственности
людей, запрещают им в случае пожара пользоваться      и своевременности, при рассмотрении безопас-
для эвакуации техническим устройством, благода-       ности как события становится очевидно, что оно
ря которому стало возможным само существование        может наступить только при одновременном на-
высотных зданий, и посылают их в толкучку в неза-     ступлении определяющих ее случайных событий.
дымляемую лестничную клетку на время, сопоста-        Появление каждого из них имеет свою вероят-
вимое с продолжительностью пожара, тогда как          ность соответственно беспрепятственности —
лифтовый узел может быть защищен не менее, чем        Р (БП ) = Р (Di Ј D при qmax) и своевременности —
лестничная клетка. Парадоксальная ситуация, ко-       Р (t ) = Р (ti, эв Ј ti, нб ). Появление только одного из
торая давно требует своего разрешения. Сведения       этих событий без наступления другого не ведет к
из-за рубежа свидетельствуют о том, что нако-         появлению события — “безопасности”, поэтому ве-
нец-то, после катастрофы 11 сентября 2000 г., среди   роятность обеспечения безопасности Р (S ) равна
специалистов и США, и Европы окончательно во-         произведению вероятностей определяющих ее со-
зобладало мнение о целесообразности использова-       бытий:
ния лифтов для эвакуации людей и необходимости
поиска для этого соответствующих технических ре-                        Р (S ) = Р (БП ) Р (t ).            (4)
шений.
В заключение следует обратить внимание на             Как время завершения эвакуации tэв является
следующий аспект обсуждаемой проблемы. Потеря         случайной величиной, зависящей от скорости дви-
высотного здания в результате ЧС является, конеч-     жения людей, составляющих поток, и от размеров и
но, большим градостроительным ущербом и, безу-        структуры эвакуационных путей [21], так и необ-
словно, оказывает на общество громадное мораль-       ходимое время эвакуации tнб является случай-
ное воздействие. Тем не менее “проблема сохране-      ной величиной, зависящей от разброса значений
ния здания, как имущественной ценности, относится     пожарно-технических характеристик материалов,
к вопросам страхования и решается в каждом конк-      от закономерностей и особенностей распростране-
ретном случае посредством соглашения между вла-       ния ОФП, определяемого структурой объемно-пла-
дельцем и страховой компанией” [19]. Сохранение       нировочного решения здания и функционировани-
же жизни и здоровья людей — ответственность госу-     ем систем противопожарной защиты и дымоудале-
дарства, определяющая основной смысл Федераль-        ния. Поэтому для обеспечения безопасности людей
ного закона “О техническом регулировании” [20].       необходимо, чтобы максимальное вероятное время
Поэтому обеспечение безопасности людей в любом        их эвакуации с участка i пути не превосходило веро-
высотном здании — показатель реальной степени         ятного минимального времени их возможного пре-
ответственности государства перед каждым из его       бывания на нем без воздействия критических уров-
жителей, а не предмет компромисса интересов сто-      ней ОФП, т. е.
рон, участвующих в его создании и эксплуатации.
Закон “О техническом регулировании” указыва-                  P (ti ) = P(max ti, эв Ј min ti, нб ).    (5)
ет: “В техническом регламенте в целях его приня-
тия могут содержаться правила и формы оценки со-         Учитывая стохастичность процесса движения
ответствия (в том числе схемы подтверждения           людских потоков, нельзя полностью исключить ве-
соответствия), определяемые с учетом степени рис-     роятность образования скоплений людей на грани-
ка…” (ст. 7, п. 3), разъясняя: “Риск — вероятность    цах смежных участков. Чем кратковременнее эти
причинения вреда жизни и здоровью граждан…”           скопления (tск ), тем менее вероятны их отрицатель-
(ст. 2). В противопожарном нормировании вероят-       ные последствия и тем вероятнее обеспечение безо-
ностная оценка воздействия опасных факторов по-       пасности людей при эвакуации. Эти соображения

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 1

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

дают возможность выразить вероятность беспрепят- на одних участках вызывают соответствующие из- ственной эвакуации через временные параметры: менения значений и на последующих участках.

Следовательно, изменяется и значение величин, ж t i , эв - t i , ск ц входящих в формулу (7). Но эти изменения влияют

P( БП ) = P зз ч.

ч (6) и t i , эв ш на значения вероятности обеспечения безопасно- сти, а не на наличие самого факта, события (без-

Соотношения (5) и (6) позволяют дать оценки опасности), которое всегда присуще любому участ- вероятности обеспечения безопасности людей на ку, если он есть в маршруте эвакуации, и не зависит каждом участке i эвакуационного пути: от того, есть ли другой участок в этом маршруте или нет. Поэтому безопасность на каждом участке ж t i , эв - t i , ск ц маршрута рассматривается в формуле (8) как неза-

P( S i ) = P зз ч P( max t i , эв Ј min t i, нб ). (7) ч висимое событие.

и t i , эв ш

Нормируемое значение P (Sзд ), следуя логике формулы (5) приложения 2 ГОСТ 12.1.004, должно

Безопасность эвакуации людей из здания — это быть принято равным 0,999. Методика построения их безопасность на каждом участке маршрута дви- распределения tэв при помощи имитационного мо- жения, и, следовательно, ее вероятность P (Sзд ) делирования разработана давно и описывалась не- можно записать:

однократно не только в нашем специальном журна- ж n ц n ле, но и в учебниках для студентов [22, 24].

P( S зд ) = P з Х S i ч = Х P( S i ), (8) Хотелось бы узнать мнение читателей о предла- и i =1 ш i =1 гаемом подходе к оценке вероятности обеспечения n безопасности людей при эвакуации. Необходимо здесь Х — знак произведения. подчеркнуть, что именно “при эвакуации”, а не без- i =1 опасности людей при пожаре вообще, поскольку

Параметры движения людских потоков так же, часть людей (по зарубежным данным, до 30 %) от- как и показатели динамики ОФП, на смежных уча- казывается от эвакуации. Этого факта наши норма- стках пути взаимосвязаны: изменения их значений тивы не учитывают.

ЛИТЕРАТУРА

1. Предтеченский В. М., Милинский А. И. Проектирование зданий с учетом организации движе- ния людских потоков. — М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1969; Изд. 2-е, 1979.

2. Беляев С. В. Эвакуация зданий массового назначения. — М.: Изд-во Всесоюзной академии архитектуры, 1938.

3. Предтеченский В. М. О расчете движения людских потоков в зданиях массового назначения

// Изв. высших учебных заведений. Серия: Строительство и архитектура. — 1958. — № 7.

4. Предтеченский В. М., Холщевников В. В. Принципы нормирования эвакуации людей из зда- ний и помещений при пожарах // Сборные многоэтажные здания: Тр. III Междунар. симпозиу- ма. Комиссия № 41 Международного Совета по строительству (МСС) и объединенного комитета по высотным зданиям (CIB). — М., 1976. — № 43.

5. Милинский А. И. Принципы нормирования эвакуации людей из зданий массового назначения

// Информ. сб. ЦНИИПО. Изд. МКХ РСФСР. — М., 1964.

6. Холщевников В. В., Алексеев Ю. В. Нормы безопасности для эвакуации из школьных зданий, в частности, в районах, подверженных естественным катастрофам / Контракт № 506463 меж- ду ЮНЕСКО и МИСИ. — М., 1979.

7. СНиП II-А-5–70*. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений.

8. СНиП II-2–80. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений.

9. ГОСТ 12.1.004–91 Пожарная безопасность. Общие требования.

10. СНиП 21-01–97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.

11. СНиП 2.08.02–89*. Общественные здания и сооружения.

12. Великовский Л. Б., Холщевников В. В. Вопросы эвакуации из высотных зданий // Архитекту- ра СССР. — 1969. — № 1.

13. Холщевников В. В. Оптимизация путей движения людских потоков. Высотные здания: Дис.

канд. техн. наук. / МИСИ. — М., 1969.

14. Холщевников В. В. Безопасность людей в высотных зданиях: чем она обеспечена? // Строи- тельство. — 2005. — № 1–3.

34 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 1

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

15. Закономерность связи между параметрами людских потоков: диплом № 24-S на открытие в области социальной психологии; авт. Холщевников В. В. — Международная академия авто- ров научных открытий и изобретений, Российская академия естественных наук, Международ- ная ассоциация авторов научных открытий.

16. Watrour Lanrece D. The ease for evacuating high-rise buildings // Elevator World. — 1972. — № 11.

17. So A., Lai T., Yu J. Lift logic. / FEJ and FP, August 2003.

18. Танклевский Л. Т., Юн С. П., Таранцев А. А. О возможности оптимизации движения эвакуиру- ющихся из многоэтажных зданий // Пожаровзрывобезопасность. — 2005. — Т. 14, № 1. —

C. 53–55.

19. Граник Ю. Г. Проблемные вопросы пожарной безопасности высотных зданий // Пожарная автоматика–2006. — М.: Индустрия безопасности, 2005. — С. 36.

20. О техническом регулировании: Федеральный закон № 184-ФЗ от 27 декабря 2002 г. // Пожа- ровзрывобезопасность. — 2003. — Т. 12, № 2. — С. 64–85.

21. Холщевников В. В. Проблемы оценки безопасности людей при пожаре в уникальных зданиях и сооружениях // Пожаровзрывобезопасность. — 2003. — Т. 12, № 4. — С. 21–27.

22. Холщевников В. В., Никонов С. А., Шелгунов Р. Н. Моделирование и анализ движения люд- ских потоков в зданиях различного назначения: Учеб. пос. / МИСИ. — М., 1986.

23. Холщевников В. В. Безопасность эвакуации // Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания: Учеб. для вузов. — М.: Стройиздат, 1993. — С. 186–204.

Поступила в редакцию 14.12.05.

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 1